Откакто започнахме да изпращаме екипажи на Луната, хората мечтаят за деня, в който един ден можем да я колонизираме. Само си представете, селище на лунната повърхност, където всеки постоянно се чувства само около 15% по-тежък, отколкото тук на Земята. И в свободното си време колонистите могат да правят всякакви готини изследователски преходи по повърхността в лунни гребци. Трябва да призная, звучи забавно!
Съвсем наскоро беше предложена идеята за проучване и добив на Луната. Това се дължи отчасти на подновеното космическо проучване, но и на възхода на частните космически компании и индустрията NewSpace. С мисиите до графиците на Луната за следващите години и десетилетия изглежда логично да се замислим как да създадем и минната промишленост, и други индустрии там?
Предложени методи:
Бяха направени няколко предложения за установяване на минни операции на Луната; първоначално от космически агенции като НАСА, но отскоро от частни интереси. Много от най-ранните предложения са се появили през 50-те години на миналия век, в отговор на космическата надпревара, която вижда лунната колония като логичен резултат от лунното проучване.
Например, през 1954 г. Артур К. Кларк предложи лунна база, където надуваемите модули бяха покрити с лунен прах за изолация и комуникациите бяха осигурени от надуваем радио мачта. И през 1959 г. Джон С. Ринехарт - директорът на Минно-изследователската лаборатория в школата на мини в Колорадо - предложи тръбна основа, която да „плава” по цялата повърхност.
Оттогава НАСА, американската армия и военновъздушните сили и други космически агенции издават предложения за създаването на лунно селище. Във всички случаи тези планове съдържаха квоти за използване на ресурсите, за да се направи базата възможно най-самостоятелна. Тези планове обаче са били преди програмата на Аполон и до голяма степен са били изоставени след нейното приключване. Само през последните няколко десетилетия отново бяха направени подробни предложения.
Например, по време на администрацията на Буш (2001-2009), НАСА възприема възможността за създаване на „лунен пост“. В съответствие с тяхната „Визия за космическо изследване“ (2004), планът призовава за изграждането на база на Луната между 2019 и 2024 г. Един от ключовите аспекти на този план беше използването на техники на ISRU за производство на кислород от околния реголит.
Тези планове бяха отменени от администрацията на Обама и заменени с план за мисия Mars Direct (известна като „Пътешествие до Марс“ на НАСА). По време на уъркшоп през 2014 г. представители на НАСА се срещнаха с генетик от Харвард Джордж Чърч, Питър Диамандис от фондация „X награда“ и други експерти, за да обсъдят нискотарифните варианти за завръщане на Луната.
Документите на семинара, публикувани в специален брой на Ново пространство, опишете как може да се изгради селище на Луната до 2022 г. само за 10 милиарда долара. Според техните документи, нискотарифната база би била възможна благодарение на развитието на космическия бизнес, появата на индустрията NewSpace, 3D печат, автономни роботи и други наскоро разработени технологии.
През декември 2015 г. в Европейския център за космически изследвания и технологии се проведе международен симпозиум, озаглавен „Луна 2020-2030 - нова ера на координирано изследване на човека и роботите“. По това време новият генерален директор на ESA (Ян Вернер) изрази желанието на агенцията да създаде международна лунна база, използвайки роботизирани работници, техники за 3D печат и използване на ресурси на място.
През 2010 г. НАСА създаде конкурса за копаене на роботи, ежегодно състезание на базата на стимули, при което студентите проектират и изграждат роботи, за да се ориентират в симулирана марсианска среда. Един от най-важните аспекти на конкуренцията е създаването на роботи, които могат да разчитат на ISRU да превърне местните ресурси в използваеми материали. Произведените приложения също могат да се използват по време на бъдещи лунни мисии.
Други космически агенции също имат планове за лунните бази през следващите десетилетия. Руската космическа агенция (Роскосмос) издаде планове за изграждане на лунна база до 2020 г., а Китайската национална космическа агенция (CNSA) предложи да се изгради такава база в сходни времеви рамки, благодарение на успеха на програмата на Чанг.
А индустрията NewSpace също произвежда интересни предложения от късно. През 2010 г. група предприемачи от Силиконовата долина се събраха, за да създадат Moon Express, частна компания, която планира да предлага комерсиален лунен роботизиран транспорт и услуги за данни, както и дългосрочната цел за добиване на Луната. През декември 2015 г. те стават първата компания, която се състезава за наградата Lunar X за изграждане и тестване на роботизиран кацател - MX-1.
През 2010 г. стартира Arkyd Astronautics (преименувана през 2012 г. Планетарни ресурси) с цел разработване и внедряване на технологии за добив на астероиди. През 2013 г. е създадена Deep Space Industries със същата цел. Въпреки че тези компании са съсредоточени предимно върху астероиди, привличането е почти същото като извличането на луната - което разширява ресурсната база на човечеството извън Земята.
Ресурси:
Въз основа на изследването на лунните скали, които бяха върнати от мисиите на Аполон, учените научиха, че лунната повърхност е богата на минерали. Общият им състав зависи от това дали скалите произлизат от лунна мария (големи, тъмни, базалтови равнини, образувани от лунни изригвания) или от лунните планини.
Скалите, получени от лунна мария, показват големи следи от метали с 14,9% алуминиев оксид (Al²O³), 11,8% калциев оксид (вар), 14,1% железен оксид, 9,2% магнезия (MgO), 3,9% титанов диоксид (TiO²) и 0,6% натрий оксид (Na2O). Получените от лунните планини са сходни по състав, с 24,0% алуминиев оксид, 15,9% вар, 5,9% железен оксид, 7,5% магнезия и 0,6% титанов диоксид и натриев оксид.
Същите тези изследвания показват, че лунните скали съдържат големи количества кислород, предимно под формата на окислени минерали. Проведени са експерименти, които показват как този кислород може да бъде извлечен, за да осигури на астронавтите дишащ въздух, и може да се използва за производството на вода и дори ракетно гориво.
Луната също има концентрации на редки земни метали (REM), които са привлекателни по две причини. От една страна, REM стават все по-важни за световната икономика, тъй като се използват широко в електронните устройства. От друга страна, 90% от текущите резерви на REM се контролират от Китай; така че постоянният достъп до външен източник се разглежда от някои като въпрос за националната сигурност.
По същия начин, Луната има значителни количества вода, съдържаща се в лунния си реголит и в трайно засенчените области в северния и южния полярни райони. Тази вода също би била ценна като източник на ракетно гориво, да не говорим за питейна вода за астронавти.
В допълнение, лунните скали разкриха, че вътрешността на Луната също може да съдържа значителни източници на вода. И от проби от лунна почва се изчислява, че адсорбирана вода може да съществува при следи от 10 до 1000 части на милион. Първоначално беше, че концентрациите на вода в лунните скали са резултат от замърсяване.
Но от това време многобройните мисии не само са открили проби от вода на лунната повърхност, но разкриха доказателства откъде идва. Първата беше Индия Чандраян-1 мисия, която изпрати удар на лунната повърхност на 18 ноември 2008 г. По време на 25-минутното си спускане изследователката на височината на Чандра на височината на състава (CHACE) откри данни за вода в тънката атмосфера на Луната.
През март 2010 г. инструментът Mini-RF на борда Чандраян-1 откриха повече от 40 постоянно затъмнени кратери близо до северния полюс на Луната, за които се предполага, че съдържат 600 милиона метрични тона (661,387 милиона тона) вода-лед.
През ноември 2009 г. космическата сонда на НАСА LCROSS направи подобни находки около южната полярна област, като ударно вещество, изпратено до повърхността, изрита материал, показан, че съдържа кристална вода. През 2012 г. проучванията, проведени от Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), разкриват, че ледът съставлява до 22% от материала на пода на кратера Шаклетон (разположен в южния полярен регион).
Теоретично е, че цялата тази вода се доставя чрез комбинация от механизми. От една страна, редовните бомбардировки от водоносни комети, астероиди и метеороиди през геоложки времеви интервали биха могли да депонират голяма част от него. Също така се твърди, че той се произвежда локално от водородните йони на слънчевия вятър, комбиниращ се с кислород-минерални минерали.
Но може би най-ценната стока на повърхността на Луната може да бъде хелий-3. Хелий-3 е атом, излъчван от Слънцето в огромни количества, и е страничен продукт от реакциите на синтез, които протичат вътре. Въпреки че днес има малко търсене на хелий-3, физиците смятат, че той ще служи като идеалното гориво за термоядрените реактори.
Слънчевият вятър на Слънцето носи хелия-3 далеч от Слънцето и навън в Космоса - в крайна сметка извън Слънчевата система изцяло. Но частиците на хелий-3 могат да се блъснат в обекти, които им пробиват, като Луната. Учените не са успели да намерят източници на хелий-3 тук на Земята, но изглежда, че е на Луната в огромни количества.
Ползи:
От търговска и научна гледна точка има няколко причини, поради които добивът на Луната би бил полезен за човечеството. За начало би било абсолютно важно за всякакви планове за изграждане на селище на Луната, тъй като използването на ресурси на място (ISRU) би било много по-ефективно от транспортирането на материали от Земята.
Също така се прогнозира, че предложените усилия за проучване на космоса за 21-ви век ще изискват големи количества материал. Това, което се добива на Луната, ще бъде изстреляно в космоса с част от цената на добиваното тук на Земята, поради много по-ниската гравитация на Луната и скоростта на бягство.
В допълнение, Луната има изобилие от суровини, на които човечеството разчита. Подобно на Земята, тя е съставена от силикатни скали и метали, които са диференцирани между геохимично различни слоеве. Те се състоят от богато на желязо вътрешно ядро и външно ядро, богато на желязо, частично разтопен граничен слой и твърда мантия и кора.
Освен това от известно време се признава, че лунната база - която би включвала ресурсни операции - ще бъде благодат за мисии по-далеч в Слънчевата система. За мисии, насочващи се към Марс през следващите десетилетия, външната Слънчева система или дори Венера и Меркурий, способността да се използва отново от лунен аванпост ще намали драстично разходите за отделни мисии.
Предизвикателства:
Естествено, перспективата за създаване на интереси за добив на Луната също представлява някои сериозни предизвикателства. Например, всяка база на Луната трябва да бъде защитена от повърхностни температури, които варират от много ниски до високи - от 100 К (-173.15 ° C; -279.67 ° F) до 390 K (116.85 ° C; 242.33 ° F) - при екватора и средните 150 K (-123,15 ° C; -189,67 ° F) в полярните райони.
Излъчването на радиация също е проблем. Поради изключително тънката атмосфера и липсата на магнитно поле лунната повърхност изпитва половин по-малко радиация, отколкото обект в междупланетното пространство. Това означава, че астронавтите и / или лунните работници биха изложени на висок риск от излагане на космически лъчи, протони от слънчевия вятър и радиацията, причинена от слънчеви пламъци.
Тогава е Лунният прах, който е изключително абразивно стъклено вещество, което се образува от милиарди години микрометеоритни въздействия върху повърхността. Поради отсъствието на атмосферни влияния и ерозия, лунният прах е неоземлен и може да играе поразия с машини и представлява опасност за здравето. Най-лошото е, че то се придържа към всичко, до което се докосне, и беше голяма неприятност за екипажите на Аполон!
И макар че ниската гравитация е привлекателна, що се отнася до изстрелванията, не е ясно какви ще бъдат дългосрочните ефекти върху здравето върху хората. Както показаха многократни изследвания, излагането на нулева гравитация за месечни периоди причинява мускулна дегенерация и загуба на костна плътност, както и намалена функция на органите и понижена имунна система.
В допълнение има потенциалните правни пречки, които може да представлява лунното извличане. Това се дължи на „Договора за принципите, уреждащи дейността на държавите в проучването и използването на космическото пространство, включително Луната и други небесни тела“ - иначе известен като „Договора за космическото пространство“. В съответствие с този договор, който се контролира от Службата на Организацията на обединените нации за космически въпроси, на никоя нация не е разрешено да притежава земя на Луната.
И въпреки че имаше много спекулации за „вратичка“, която не забранява изрично частната собственост, няма правен консенсус по този въпрос. Като такива, тъй като лунните проучвания и добивът стават все по-голяма възможност, ще трябва да се изработи правна рамка, която да гарантира, че всичко е в крак и нагоре.
Въпреки че може да е много далеч, не е неразумно да мислим, че някой ден можем да изкопаем Луната. И с богатите си доставки на метали (които включват REM), които стават част от нашата икономика, бихме могли да гледаме на бъдеще, характеризиращо се с оскъдица!
Написахме много статии за изкопаването и колонизацията на Луната тук в Space Magazine. Ето кои бяха първите мъже на Луната? Какви бяха първите лунни кацания? Колко хора са ходили на Луната? Можете ли да си купите земя на Луната? И да изградите космическа база, част 1: Защо минавам на Луната или астероид?
За повече информация, не забравяйте да разгледате тази инфографика за Mining Mining от лабораторията за реактивни двигатели на НАСА.
Astronomy Cast също има някои интересни епизоди по темата. Слушайте тук - Епизод 17: Откъде дойде Луната? и Епизод 113: Луната - I част.
Източници:
- НАСА: Изследване на слънчевата система - Земната луна
- НАСА - Симулация на извличане на хелий 3 от лунен илменит
- Уикипедия - Луната
- Уикипедия - Колонизация на Луната
